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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 三維懸吊式“飛行”攝像平臺(tái)控制系統(tǒng)研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對(duì)足球、籃球、橄欖球、大型晚會(huì)等市場(chǎng)容量極大的電視播出系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)了一套空中“飛行”攝像平臺(tái)控制系統(tǒng)，集成了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，使攝像機(jī)可以在大范圍三維空間內(nèi)高速平穩(wěn)移動(dòng)，既不受地面障礙物的影響，也不會(huì)遮擋觀眾的視線，可以從多方位多角度近距離捕捉到很多傳統(tǒng)攝像無法捕捉到的精彩鏡頭，給觀眾帶來多角度多方位的現(xiàn)場(chǎng)感受，實(shí)現(xiàn)了攝像手段的革命性顛覆。
- 詳細(xì)介紹：
- 這種攝像平臺(tái)由空間四個(gè)角伸出的四根纜繩懸吊在空中，纜繩又分別連接在四臺(tái)絞車上。每個(gè)絞車都在中央控制單元和實(shí)時(shí)控制器的控制下協(xié)調(diào)收放纜繩就可以拖動(dòng)攝像吊艙在三維空間內(nèi)隨意運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分層控制方式，高層的中央控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互、位置解算、軌跡規(guī)劃、指令平滑等復(fù)雜運(yùn)算，然后將具體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過高速以太網(wǎng)傳輸給底層的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器，由高速DSP芯片負(fù)責(zé)每秒數(shù)千次的伺服控制。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行表明本方案實(shí)現(xiàn)了攝像平臺(tái)在三維空間內(nèi)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速運(yùn)動(dòng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 隨著人們生活水平的提高，足球、籃球、橄欖球、大型晚會(huì)等市場(chǎng)容量極大的電視播出場(chǎng)合急需一種能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)在大范圍的三維空間內(nèi)可以沿任意軌跡快速運(yùn)動(dòng)的攝像平臺(tái)。針對(duì)這種需求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種新型飛行攝像平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了攝像手段的革命性顛覆。這種攝像平臺(tái)由空間四個(gè)角伸出的四根纜繩懸吊在空中，纜繩又分別連接在四臺(tái)絞車上。四臺(tái)絞車在中央控制單元和實(shí)時(shí)控制器的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，通過纜繩拖動(dòng)攝像吊艙在三維空間內(nèi)按照操作人員的指令或者程序預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)。這種攝像平臺(tái)的突出特點(diǎn)是能夠從多方位捕捉到很多傳統(tǒng)攝像方法無法捕捉到的精彩鏡頭，給觀眾帶來多角度多方位的臨場(chǎng)感受。設(shè)備運(yùn)行高度可以達(dá)到幾十米，寬度和長度可以達(dá)到幾百米，運(yùn)行速度更是能夠達(dá)到每小時(shí)40公里。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 傳統(tǒng)的拍攝手段有固定機(jī)位攝像、搖臂攝像、升降車攝像、索道攝像等，但這些技術(shù)在角度和區(qū)域上都受到了一定的條件限制。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的三維“飛行”攝像平臺(tái)控制系統(tǒng)集成了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，能夠使攝像平臺(tái)在大范圍三維空間內(nèi)隨意高速平穩(wěn)移動(dòng)，突破了傳統(tǒng)攝像手段帶來的種種限制。目前國際上只有兩家公司能夠研制這種平臺(tái)，一個(gè)是美國的Skycam系統(tǒng)，另一個(gè)是歐洲的SpiderCam系統(tǒng)，國內(nèi)還處于空白狀態(tài)。主要突出點(diǎn)如下： 1. 建立了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，以此為根據(jù)自主設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)軟、硬件，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 2. 與國外產(chǎn)品相比，提出一種新型拖動(dòng)系統(tǒng)方案，大幅減少了協(xié)同控制的難度?？刂葡到y(tǒng)硬件成本只有國外產(chǎn)品的1/10。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月榮獲校級(jí)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 非專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型 、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片 、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 與傳統(tǒng)攝像手段相比，這種新型飛行攝像平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了攝像手段的革命性顛覆。它能夠在高度可以達(dá)到幾十米，寬度和長度可以達(dá)到幾百米的三維空間內(nèi)按照操作人員的指令或者程序預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)。因此可以從多方位多角度近距離捕捉到很多傳統(tǒng)攝像無法捕捉到的精彩鏡頭，給觀眾帶來多角度多方位的現(xiàn)場(chǎng)感受。這種攝像平臺(tái)適應(yīng)于足球、籃球、橄欖球、大型晚會(huì)、大型公眾活動(dòng)等場(chǎng)合的攝像轉(zhuǎn)播，市場(chǎng)前景極為廣闊。單臺(tái)設(shè)備成本約200萬人民幣，參照國外同類產(chǎn)品每場(chǎng)租用費(fèi)用為4萬歐元，若每年轉(zhuǎn)播30場(chǎng)，預(yù)計(jì)年收益1500萬人民幣。。
同類課題研究水平概述
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種新型基于懸吊式機(jī)器人的空中攝像轉(zhuǎn)播平臺(tái)。該平臺(tái)吊艙能夠使裝載的攝像機(jī)在大范圍三維空間內(nèi)按照操作人員的指令或程序規(guī)劃軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)吊艙自身還能夠繞自身水平、垂直軸回轉(zhuǎn)，使攝像機(jī)能夠以不同角度拍攝。傳統(tǒng)攝像手段存在種種缺點(diǎn)，而足球、籃球、橄欖球、大型晚會(huì)等市場(chǎng)容量極大的電視播出系統(tǒng)急需一種能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)在大范圍的三維空間內(nèi)可以沿任意軌跡快速運(yùn)動(dòng)的攝像平臺(tái)。針對(duì)這種需求，國際上出現(xiàn)了一種新型飛行攝像平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了攝像手段的革命性顛覆。這種攝像平臺(tái)的創(chuàng)新之處在于攝像機(jī)可以在空間內(nèi)自由移動(dòng)，不受地面障礙物的影響，也不會(huì)遮擋觀眾的視線，同時(shí)還減少了危險(xiǎn)性。攝像機(jī)可以快速移動(dòng)，即能貼近地面拍攝，也可以在極高的高度拍攝，達(dá)到傳統(tǒng)攝像機(jī)無法提供的現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)感。這種攝像平臺(tái)由四根纜繩拖動(dòng)，能夠在三維空間內(nèi)按照操作人員的指令或者程序預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)。高度可以達(dá)到幾十米，寬度和長度可以達(dá)到幾百米，運(yùn)行速度更是能夠達(dá)到每小時(shí)40公里而且不會(huì)有絲毫震顫。四根纜繩分別纏繞在各自的絞車上，絞車由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。四臺(tái)絞車的即時(shí)位置、速度由一臺(tái)高速嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)控制，而軌跡規(guī)劃、解算、平滑等高級(jí)處理過程則由一臺(tái)中心控制計(jì)算機(jī)完成，運(yùn)動(dòng)控制器和計(jì)算機(jī)間由高速以太網(wǎng)連接在一起。四條纜繩按照數(shù)學(xué)模型的解算，在計(jì)算機(jī)的控制下協(xié)調(diào)收放就能實(shí)現(xiàn)攝像平臺(tái)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)集成了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、陀螺穩(wěn)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)難度較大。目前國際上只有兩家公司研發(fā)出了實(shí)用系統(tǒng)，一個(gè)是美國的Skycam系統(tǒng)，另一個(gè)是歐洲的SpiderCam系統(tǒng)。國內(nèi)還處于空白狀態(tài)。這種新型平臺(tái)是大型賽事和晚會(huì)轉(zhuǎn)播中不可或缺的設(shè)備，應(yīng)用前景極為廣闊。國外已經(jīng)成功應(yīng)用在美國橄欖球聯(lián)賽、NBA聯(lián)賽、歐洲杯、2010南非世界杯等賽事。國內(nèi)則租用了國外設(shè)備成功用于2008北京奧運(yùn)會(huì)、春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)等重大場(chǎng)合。
